一種新型冰箱豎中梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)用分析

袁佳星 劉世敏 韓佰洋 袁洪波

（1.河南新飛制冷器具有限公司 新鄉(xiāng) 453002； 2.河南大學(xué)邁阿密學(xué)院 開封 475000；3.安徽省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院 合肥 230001）

引言

隨著人們物質(zhì)文化生活水平的日漸提高，對(duì)智能控制的多門冷藏冷凍冰箱的需求越來(lái)越多。多門冷藏冷凍冰箱讓消費(fèi)者體驗(yàn)到了分區(qū)儲(chǔ)藏的生活方式。多門冷藏冷凍冰箱除了冷藏與冷凍室外，多門冰箱還有獨(dú)立的制冰室、果菜室與速凍區(qū)等，均給消費(fèi)者提供了分區(qū)貯存的功能，有效的避免了串味、取放不便的問題。而且食物在各自合適的溫度、濕度下，最容易長(zhǎng)時(shí)間保持理想的新鮮狀態(tài)。為實(shí)現(xiàn)冰箱間室的實(shí)用性、間室保溫性、外觀造型，增強(qiáng)用戶視覺感觀、舒適度，多門冰箱設(shè)計(jì)中多會(huì)用到“移動(dòng)豎中梁”這種結(jié)構(gòu)，請(qǐng)參閱圖1。上面的冷藏室是左右對(duì)開門結(jié)構(gòu)，方便用戶在有限的空間能打開冰箱門，同時(shí)因開門的面積較小，而達(dá)到減少冷量散失的作用。豎中梁與冷藏室的內(nèi)頂面、冷藏室下底面、左右冷藏門豎門封的緊密配合是該款冰箱的設(shè)計(jì)重點(diǎn)。在滿足功能要求的基礎(chǔ)上,減少部件、優(yōu)化工藝、提高效率、降低產(chǎn)品成本是我們努力的方向。

圖1 豎中梁

1 現(xiàn)狀分析

目前多門冰箱中用到的豎中梁結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，它一般由豎中梁上蓋（3）、鉸鏈（1）、卡簧（2）、PET泡沫板（4）、防凝露電加熱及接地線（7）、鋼板（6）、豎中梁下蓋（5）等組成（如圖2）。為實(shí)現(xiàn)良好的密封性豎中梁的外表面是噴塑鋼板（便于與門封的磁條相吸），冷藏室內(nèi)頂面增加導(dǎo)軌以便冰箱冷藏室關(guān)門時(shí)豎中梁順利翻轉(zhuǎn)，且與冰箱門的豎門封緊密貼附。冰箱冷藏室內(nèi)的平均溫度約4 ℃，夏季環(huán)境溫度約32 ℃，豎中梁上的鋼板有良好的導(dǎo)熱性，易在豎中梁暴露在外部空間的表面上形成結(jié)露、水珠，為解決這種現(xiàn)象的發(fā)生，使產(chǎn)品滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 8059-2016 《家用和類似用途制冷器具》中相關(guān)條款的要求，需要利用豎中梁內(nèi)表面的電加熱來(lái)消除凝露現(xiàn)象。

圖2 豎中梁組成

此種豎中梁結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是，防凝露效果好、安全可靠、豎門封與豎中梁鋼板貼附緊密、密封性好；缺點(diǎn)是，豎中梁部件多、組裝工序多、部件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、裝配難度大、漏熱系數(shù)大、消耗電能等，另外需要使用專門的鉸鏈、提供供電結(jié)構(gòu)通道。

2 改進(jìn)方案

在滿足密封性、安全性的前提下，盡量減少零部件數(shù)量、減少工序、降低部件復(fù)雜程度、降低裝配難度等手段，從而通過(guò)提高效率、節(jié)約工時(shí)、減少另部件實(shí)現(xiàn)降低產(chǎn)品成本，增強(qiáng)產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

2.1 豎中梁采用磁性塑料

引入磁性塑料的應(yīng)用，將門封條與鋼板的吸附密封轉(zhuǎn)變?yōu)殚T封條與磁性塑料的吸附密封，實(shí)現(xiàn)去掉豎中梁鋼板、電加熱、特殊鉸鏈、接地線等部件，從而實(shí)現(xiàn)改進(jìn)目標(biāo)。

普通的塑料零部件雖然沒有磁性，但是我們利用特殊的方法可以使其形成磁性材料：一是設(shè)法改變塑料粒子的成分，使得它們具有磁性。這種方法目前還處于研究之中。二是在普通的塑料粒子中添加磁性粉末，形成復(fù)合性的磁性塑料，此磁性塑料已經(jīng)在我們的生活中大量應(yīng)用。這種塑料部件成型后,如果你對(duì)它的極性（N/S）有方向性要求,在塑料部件磁化的過(guò)程中要保持正確的方向性。磁性塑料的主要優(yōu)點(diǎn)是：密度小、磁性可調(diào)、耐沖擊強(qiáng)度高，制品可進(jìn)行切割、鉆孔、層壓、擠出等加工，實(shí)用時(shí)韌性好，易于加工成尺寸精度高、薄壁、異型的制品，也可以成型帶嵌件制品，對(duì)電磁設(shè)備實(shí)現(xiàn)小型化、輕量化、精密化和高性能化的目標(biāo)起著關(guān)鍵的作用[1]。

因磁性塑料中含磁粉，顏色偏暗，不易調(diào)色，而豎中梁在冰箱的外部，影響美觀；整個(gè)豎中梁下蓋采用磁性塑料成本高，所以，豎中梁下蓋采用磁性塑料的方案不太可行。我們采用在豎中梁下蓋的背面貼附磁性塑料條，以實(shí)現(xiàn)與磁性門封條相吸而達(dá)到密封的效果，同時(shí)，塑料的導(dǎo)熱系數(shù)小，降低凝露現(xiàn)象的產(chǎn)生。這個(gè)方案可行，具體結(jié)構(gòu)情況請(qǐng)參照?qǐng)D3。

圖3 磁性塑料條+豎中梁下蓋

實(shí)際應(yīng)用中還應(yīng)該考慮磁性塑料的矯頑力大小，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)摸索，結(jié)合與門體門封磁條距離，選用Hc=2*104安/米的磁粉來(lái)制作磁性塑料條。磁性塑料與門封磁條之間的吸力控制在一個(gè)合理范圍，以保證良好的密封性及合適的門開啟力（小于70 N）。對(duì)磁粉的要求：①飽和磁化強(qiáng)度σs和矯頑力Hc要大；②顆粒呈微細(xì)針狀而均勻；③在磁漿中有高的分散性和填充性；④磁性穩(wěn)定。以確保磁性塑料的磁力保持在穩(wěn)定的范圍。

2.2 豎中梁噴涂防霜層

因豎中梁多半存在于10 ℃左右環(huán)境之中，豎中梁的小部分處在30 ℃左右的外部環(huán)境中，雖然我們加強(qiáng)了密封性，難免在兩種溫度的交界面產(chǎn)生少量水汽。為進(jìn)一步減少這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，我們?cè)谪Q中梁的外表面噴涂一種防霜涂料。這種親水性防霜涂料，其親水性防霜涂料特征在于包含20～60份（質(zhì)量）以丙烯酸鹽，丙烯酰胺及甲基丙烯酸酯為親水單體的任一種或任一組合共聚物的高吸水樹脂，30～60份（質(zhì)量）以醇酸，環(huán)氧，丙烯酸，酚醛樹脂中的任一種為基料的涂料，30～50份（質(zhì)量）的丙三醇,這種防霜涂料的主要特征在于將高吸水樹脂與丙三醇結(jié)合.該防霜涂料在空氣濕度較低（＜50 %），壁面溫度相對(duì)較高（＞-10 ℃）的情況下，至少可以將初始霜晶出現(xiàn)的時(shí)間延遲3 h以上，結(jié)霜量減少在50 %左右，在一定條件下還可以保持不結(jié)霜，并且反復(fù)使用性能好[2]。

豎中梁改進(jìn)后（見圖5）結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是，豎中梁部件精細(xì)化，數(shù)量少，部件簡(jiǎn)單，工序少，利于操作，效率高，降低產(chǎn)品成本。缺點(diǎn)是豎中梁下蓋的表面光潔度要求提高，增加磁性塑料的吸力檢查，添加噴涂防霜材料的工序。

圖4 門開啟力測(cè)試示意圖

圖5 改進(jìn)后的豎中梁結(jié)構(gòu)

3 效果驗(yàn)證及效益分析

我們根據(jù)GB/T 8059-2016 《家用和類似用途制冷器具》的要求，結(jié)合豎中梁在冰箱中的位置及作用，通過(guò)門開啟力、門封密封性、凝露三個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證我們的改進(jìn)效果。試驗(yàn)前，器具在16～32 ℃環(huán)境溫度下放置，不通電，使器具與環(huán)境溫度達(dá)到平衡。通過(guò)按標(biāo)準(zhǔn)GB/T 8059-2016 《家用和類似用途制冷器具》17章的要求做凝露試驗(yàn)，在豎中梁的外露處未發(fā)現(xiàn)凝露現(xiàn)象。將一厚0.08 mm、寬10 mm、足夠長(zhǎng)的紙片放在豎中梁與門封上任意一點(diǎn)處，然后將門或蓋正常關(guān)閉，使其壓在紙片上。紙片厚度的確認(rèn)依據(jù)ISO 534的規(guī)定。通過(guò)檢查紙片沒有自由滑動(dòng)，豎中梁處的密封性是符合要求的（見圖6）。利用彈簧拉力器拉門手把（見圖4）測(cè)出的拉力是24.8 N（標(biāo)準(zhǔn)要求開啟力小于70 N），也是滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的。豎中梁改進(jìn)前后門開啟力的對(duì)比（圖7）。通過(guò)使用磁性塑料改進(jìn)豎中梁的結(jié)構(gòu)，可以減少許多部件，比如：專用鉸鏈、布線、門體開口、鋼板、豎中梁電加熱、接地線等等，當(dāng)然也增加了磁性塑料條、防霜涂料?？傮w來(lái)說(shuō)，減少了部件，優(yōu)化工序，提高了效率，節(jié)約制造成本。三個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目全部通過(guò)，降低了產(chǎn)品成本，達(dá)到了我們預(yù)期的目的。結(jié)合產(chǎn)品的實(shí)際使用情況，這種結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品在黃河以北地區(qū)使用更為適宜。

圖6 測(cè)試豎中梁的密封性

圖7 改進(jìn)前后門開啟力的數(shù)據(jù)對(duì)比

4 結(jié)論

這種新型豎中梁結(jié)構(gòu)改進(jìn)后能夠滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，優(yōu)化結(jié)構(gòu),減少了零部件數(shù)量,同時(shí)又降低了產(chǎn)品成本，增強(qiáng)產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力,為企業(yè)發(fā)展增添新的活力。在進(jìn)行產(chǎn)品改進(jìn)時(shí)，轉(zhuǎn)換觀念，拓寬思路，積極采用新材料、新技術(shù)，不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低產(chǎn)品成本，為廣大消費(fèi)者提供優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。